Evren bilim
Evren bilim, Evrenin kökenini, oluşumunu, yapısını ve evrimini incelemeyi konu alan bilim dalı. XX. yy'da gök bilim araç ve yöntemlerindeki gelişmelerin kuramcılara şu ya da bu varsayımı doğrulamaya ya da çürütmeye yeterli somut veriler elde etme olanağını sağlamasıyla, evren bilimde büyük bir atılım gerçekleştirilmiş, eskiden ortaya atılmış, tutarlı matematiksel destekten yoksun olan çeşitli dünya sistemleri, yapılan gözlemler sonucu çürütülmüştür.
EVREN BİLİMİN TARİHÇESİ
Evren mekaniğinin yasalarını ilk kez Newton ortaya koymayı başardı; kuramında, gökcisimlerinin hareketlerini ve karşılıklı dengelerini, güç, kütle, hız ve uzaklık gibi terimlerden yararlanarak açıkladı. Laplace, 1799-1825 arasında yazdığı beş ciltli Evren Mekaniği adlı yapıtında, Sewton anlayışını geliştirdi ve sağlamlaştırdı. Bu anlayışa göre evren, az ya da çok kütlesel nesneler uydular, gezegenler, yıldızlar) bütününden oluşur. Genel çekim yasaları uyarınca birbirini dengeleyen bu nesnelerin hareketleri, Eukleides düşüncesine özgü ve sonsuz bir uzaya göre belirlenebilir. Öte yandan, hangi koşullarda olursa olsun zaman, sürekli ve değişmez biçimde aktığı için, doğal olarak gözlemlenen olgulardan bağımsız kalır.
Görelilik ve evren bilim: Einstein'ın 1905 yılında bağıllık kuramının ilk kavramlarını yayınlaması, büyük bir kargaşava vol açtı: Newton ve Laplace anlayışında açıkça önsel olan uzay ve zaman kavramları, temelden tartışma konusu ediliyordu.
Einstein'a göre uzay ve zaman, dört boyutlu uzam (continuum) olarak kabul edilen genel bir karşılaştırma sistemi içinde matematiksel olarak birbirine bağlı değişkenlerdir; bu iki kavram, klasik geometriyle göz önüne alınarak incelenemez; ama Eukleides postulatını (Bir düzlemde bir doğruya dışındaki bir noktadan yalnız bir tek oaralel çizilebilir) kabul etmeyen geometrilerde uzay, her noktasında bir k eğriliğiyle belirgin nitelik alır ve değeri k/R²'yle gösterilir; burada R bir uzunluk ("ölçek çarpanı" denir), k'yse + 1, -1 ya da 0 değerleri alabilen bir katsayıdır; k, + 1 değeri aldığında, küresel ya da kapalı uzay, -1 değeri aldığında hiperbolik ya da açık uzav, 0 değeri için de Eukleides uzayı söz konusu olur.
Einstein önce, aşağıdaki postulatlara uygun matematiksel evren örneğini çizmeye çalıştı: Madde ve enerji, ortalama izotrop dağılımına (uzayın her noktasında aynıda göre evreni doldurarak, genel eğriliği belirler; evren durağandır; yani bütünün hiçbir hareketi ortaya konamaz; bu ilk yaklaşım, Eukleides ilkesine bağlı görünür. Bilginin getirdiği çözüm, artı sabit eğriliği olan küresel bir uzaydır; böyle bir evren, üçten çok boyutlu olan bir küredir (dört boyutlu küre çizilebilir mi?); bu kürenin yüzeyi, bizim algıladığımız üç boyutlu uzayı oluşturur; söz konusu yüzeyin sınırları ve ayrıcalıklı bir karşılaştırma noktası yoktur; orada her yönde ve her hızda sonsuza kadar yer değiştirme olanağı vardır. Ne kadar çekici olursa olsun, Eukleides doğrultusundaki bu ilk çözümden, kuramsal eleştirilere uğradığı ve sonradan elde edilen gözlem verileriyle çeliştiği için çok çabuk vazgeçilmiştir.
Hollandalı gök bilimci Willem De Sitter, Einstein'ın izinde yürüyerek, önerilmiş denklemleri incelemiş ve boş varsaydığı bir evrende bulunabilecek özellikleri araştırmış, böyle bir evrenin dinamik olacağı sonucuna varmıştır; söz konusu evren içine girecek iki taneciğin, uzaklıkları büyüdükçe göreli hızları artacak ve birbirlerinden sonsuza kadar kaçacaklardır.
TAYFIN KIRMIZIYA KAYMASI VE BÜYÜK PATLAMA
ABD'li iki gök bilimci Hubble ve Humason, evrenin genleşmesi üstüne deneysel kanıt elde ettiklerini öne sürdüler. Edwin Hubble, 1924'te yıldızlararası kozmik maddesi daha yoğun olan ve genellikle Samanyolu'nun gaz bulutsuları olarak kabul edilen bazı uzay bölgelerinin, gerçekte Samanyolu'muza benzer, son derece uzakta ve milyarlarca yıldızlar içeren eksiksiz gökadalar olduğunu gözlemledi. Bu buluş, astronomi araçlarının ulaşabileceği sınırları genişletti.
Ayrıca, böyle bir yıldızlar kümesinden bizi ayıran uzaklıkları sayıyla belirtmek gerekiyordu. Hubble, birlikte çalıştığı Humason'un yardımıyla, bu gök cisimlerinin ışık ve elektromagnetik yayımını ayrıştırmaya girişti.
Gökada dışındaki bulutsulardan gelen ışınım tayfları, Hubble için şaşırtıcı oldu; ışınımların tümünde tayf çizgileri kırmızıya doğru kaymakta, kayma, duruma göre az ya da çok belirginleşmekteydi. Böyle bir saptama, bir fizikçiyi hemen şu açıklamayı yapmaya yöneltti: "Doppler-Fizeau etkisi" adıyla bilinen bir optik olayına göre incelenen ışınım tayfında, kırmızıya kayma ne kadar büyük olursa, ışık kaynağı, o ölçüde hızla gözlemciden uzaklaşmaktadır.
Ölçmeler, Doppler-Fizeau etkisinin raslantıyla işe karışmadığını ortaya koydu; bize daha uzakta bulunan gökadalardan gelmiş ışınımların dalga boylarının, ötekilerden daha uzun olduğu anlaşıldı. Hubble, sözü edilen olaydan, çok önemli bir evrenbilim yasası çıkardı: Gökadalar, uzaklıklarıyla orantılı bir hızla birbirinden uzaklaşmaktadır. Bu yasadan sonra gökbilimciler, çeşitli evren örneklerini doğrulamak ya da çürütmek için önemli bir ilke elde ettiler ve "red shift" (gökada tayflarının kırmızıya kayması)olayınauygun açıklama getirmeyen bir kuramın yanlışlığını ortaya koydular
Söz konusu olay üstünde bir kanıya varman ¡çin, birkaç sayıyı inceleyelim. Bize 50 milyon ışık yılı (ışık ışınının bir yılda geçtiği uzaklık) uzaktaki Başak takımyıldızında bulunan gökadalar kümesi,Samanyolundan saniyede 1 200 km hızla uzaklaşmaktadır. 560 milyon ışık yılı uzaktaki Büyük Ayı'da yer alan bir küme, saniyede 1,500 km hızla uzaklaşır. Sözü edilen hızlar oldukça şaşırtıcıdır, ama daha büyük olanları vardır: Su yılanı'nda görülen bir küme, 1 saniyede 61 000 km hızla uzaklaşır.
3C 295 numarayı taşıyan bir ışık kaynağı, Palomar dağındaki teleskobun dev aynasında (5 m çapındaı görülmüş ve 5-6 milyar ışık yılı uzaklıkta, ışık hızının üçte birine eşit hızla uzaklaşan bir gökadalar kümesi olduğu ortaya çıkmıştır.
1949'da gök fizikçisi Gamow, Lemaître'in çalışmalarını yeniden ele alarak aşağıdaki görüşleri öne sürmüştür: Evren, aşırı yoğunlaşmış bir durumdan geçerek sürekli genleşiyorsa, olayı tersine çevirmek için, zaman boyunca geriye dönme düşünülebilir ve bu olay sıfır ana kadar izlenebilir. Günümüzde benimsenen ölçülerle evrenin genleşme hızı göz önüne alınırsa,ilkel atom, tam anlamıyla patlamak zorunda kalmıştır.
Günümüzde söz konusu olağanüstü patlamanın (Gamow buna "big bang", "büyük patlama" adını vermiştir) olası nedenlerini tam anlamıyla açıklamak için yeterli veriler yoksa da, en azından etkileri betimlenebilir. Evrenin ilk genleşme anında oluşmuş temel parçacıklar düzeyinde, bugünkü madde- enerji- uzay dağılımını bulma olanağı verecek süreçleri belirleme çalışmaları sürmektedir.
Evrenin yaratılışı üstünde aşağıdaki düşünce oluşturulabilir: Günümüzün evrenini oluşturan bütün maddeler, dev bir küme biçiminde yoğunlaşmış ve ardından şiddetle patlamıştır. Belli bir sıcaklık ve yoğunluk evresinde saçılan maddeler, gökadalar biçiminde yeniden yoğunluk kazanmıştır ve bu gökcisimleri, sürekli kaçış içindedir. Çok eski yıldızları taşıyan yuvar kümelerinin gözlemine dayanan en son değerlendirmelere göre, gökadalar yaklaşık 13 milyar yıl önce oluşmuştur.
Gamow, 1949'da önemli bir noktaya dikkatleri çekmişti: Sözü geçen patlama olmuşsa, her yönde foton yayımının ona eşlik etmesi gerekir; yani maddenin foton plazması içinde yüzmesi zorunludur. Sıfır anında (büzülmeden genleşmeye geçiş anı) sıcaklığı aşağı yukarı sonsuz olan böyle bir plazmanın genleştikçe, bilinen bir matematiksel eğri uyarınca soğuması gerekir. Öyleyse, uzayın (kuramsal olarak boştur ve kendine özgü hiçbir sıcaklığı yoktur) kökeninde bir ısıl ışıma gözlemlenebilirse, büyük patlama varsayımını doğrulayan bir kanıt elde edilecektir. 1965'te ABD'li araştırmacıları gerçekten uzay kaynaklı bu tür bir yayınım almışlardır; söz konusu ışınımın tayfı, 2,7 K sıcaklıkta yayılan foton gazı tayfını karşılamaktaydı; bu olay, ısısı 10 milyar derecelik olan bir patlamayı gösterir. Bu, gök fizikçileri için, özellikle evrenbilim üstünde varsayımlarını geliştirme olanağı verecek çok önemli yeni bir öğedir.
Günümüzün bilgilerinin ışığında, 1948'de Bondi ve Gold'un öne sürdüğü maddenin sürekli yaratılış varsayımını kabul etmek güçleşir; bu varsayıma göre, sürekli yeni hidrojen çekirdekleri doğacak, dolayısıyla de, evrenin yoğunluğunu eşit tutmak için yeni gökadalar oluşacaktır. Ayrıca, 40 milyar yıllık aralıklarla patlamak üzere yoğunlaşacak bir akordiyon evren ve devirli büyük patlama düşüncesini kabul etmek de güçtür.
1950 yılından bu yana, yeni olgular, gökbilimcilerin ilgisini çekmektedir.
İlk olgu, en uzağı bizden 8 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan kazarların yani ışınım kaynağı "sözde yıldızlardın bulunuşudur. Bunların tayflarında kırmızıya kayma, bilinen bütün gökadaların tayf kaymasını aşar. Kazarlar, çok önemli araştırma konularıdır; çünkü bunlar gerçekten gözlemlenebilir evrenin sınırları içinde yer alan nesnelerse, evrenin doğuşu konusunda ilk zamanların tanıkları gözlerimizin önünde olacaktır. Maddenin sürekli doğuşu kuramı doğruysa, bu "sözde yıldızlar"ın belli bir dağılımı olacak, büyük patlama söz konusuysa, farklı bir dağılım görülecektir. Yapılmış son gözlemlere göre, ikinci varsayım daha ağır basmaktadır.
Ayrıca, kendi üstüne çökerek hiçbir ışımanın kurtulup yayılamayacağı ölçüde yoğunlaşmış, dolayısıyla da görünmeyen, dev yıldızların kalıntıları olan "kara noktalar" varsayımı öne sürülmüştür. Bazı araştırmacılar, tayfın kırmızıya kaymasının Doppler-Fizeau etkisinden başka nedenleri bulunduğunu düşünmektedir. Bunlara göre, kırmızıya doğru aşırı kaymaya, çok kütlesel gök cisimlerinin genel çekim etkisi ve foton yavaşlaması yol açmaktadır.
Şu ya da bu evren örneğinin doğruluğu üstünde şu an için bütün uzmanları birleştirmek olanaksızdır. Gerçekleştirilmesi gereken pek çok buluş vardır; ama gözleme dayanan evrenbilim için çok gerekli aygıtları sağlayacak teknik gelişmeler, uzayın fethi çağında bilinmeyenlerin yavaş yavaş açıklık kazanacağı umudunu artırmaktadır.
Not: Günümüzde bilim adamlarının çoğunun benimsediği, evrenin doğuşu ve evrimiyle ilgili başlıca kuramlardan biri "Büyük Patlama" kuramıdır. Kurama göre günümüzden 14-20 milyar yıl önce, evrendeki bütün maddeler, dev bir küme biçiminde yoğunlaşmış ve bu küme şiddetle patlamıştır. Saçılan maddeler, soğudukça gökadalar biçiminde yeniden yoğunlaşmış ve bu gök biçimleri birbirlerinden sürekli kaçışa girmişlerdir.